時效初期微合金化鋼納米第二相析出及強化機制研究

《時效初期微合金化鋼納米第二相析出及強化機制研究》是依託上海大學，由胡麗娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：時效初期微合金化鋼納米第二相析出及強化機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡麗娟
• 依託單位：上海大學

中文摘要

微合金化鋼的整體力學性能依賴於材料固有內部微觀結構特徵及其作用機制，其中含碳MX及含Cu納米析出相是影響微合金化鋼力學性能的重要第二相。通過第二相的納米乃至原子尺度的精確調控，能夠實現傳統材料強韌性的進一步提高。然而，微合金化鋼中第二相早期、複合析出機制尚未完全清楚，第二相析出微觀組織結構對材料性能的定量影響也未有明確界定，是材料科學界的前沿問題之一。本項目採用三維原子探針實驗技術 、分子動力學及晶體塑性有限元三種方法，運用多尺度耦合研究手段，從原子層面研究時效初期MX及含Cu納米析出相在微合金化鋼中的複合析出過程，從納觀和介觀尺度耦合研究第二相的微觀組織結構對微合金化鋼強化性能的定量影響，確定其強化機制。本項目的研究對揭示時效初期工藝條件、合金成分對第二相析出過程以及材料性能的影響，發展現有微合金化鋼強化理論，開發新型微合金化鋼，具有很好的理論和實際價值。

結題摘要

微合金化鋼的整體力學性能依賴於材料固有內部微觀結構特徵及其作用機制，其中含碳MX及含Cu納米析出相是影響微合金化鋼力學性能的重要第二相。本項目採用三維原子探針實驗技術、分子動力學及有限元三種方法，運用多尺度耦合研究手段，從原子層面研究時效初期MX及含Cu納米析出相在微合金化鋼中的複合析出過程，從納觀和介觀尺度耦合研究第二相的微觀組織結構對微合金化鋼強化性能的定量影響，確定其強化機制。1、運用三維原子探針實驗方法以及透射電鏡對回火HSLA-80和T91鋼中富Cu團簇及MX相早期析出階段的成分、大小進行深入研究，確定了回火過程中富Cu團簇的形核、析出、長大以及粗化過程，晶界處位錯線為析出相形核提供形核點，沿位錯線析出的富Cu團簇擇向長大；T91鋼回火後形成了亞結構以及較為完整的位錯網路，為MX相及其他析出相提供大量形核點。2、運用分子動力學研究了不同合金成分、空位濃度以及時效工藝對富Cu原子團簇析出行為的影響，同時採用分子動力學對富Cu團簇析出後合金在不同條件下拉伸變形過程進行了模擬，揭示時效溫度對銅的擴散速率影響，以及時效溫度越高鎳對銅析出的抑制出現越早現象；空位濃度變化對最終形成最大團簇的原子數影響較小；拉伸結果顯示變形過程基體結構出現bcc到fcc的轉變，且在空位原子位置首先發生結構變化。3、採用有限元方法研究了不同析出相以及析出相尺寸、分布、體積分數以及晶界等微觀組織結構對微合金化鋼力學性能的影響，納米Cu析出相分布於晶界附近時，不同尺寸的納米Cu析出相周圍，尤其是晶界，應變明顯，變形逐漸向晶內擴散；晶界較晶內更易於變形，位錯滑移量更大。最大應力隨納米Cu析出相尺寸增大呈非線性變化，當析出相尺寸為15nm時，材料達到最大應力。晶界應力分布呈波動狀，晶界參與協調變形。Cu析出相彌散分布於晶內時，可提高基體整體的平均強度。彌散分布的析出相尺寸為12nm~18nm時，析出相對基體強化作用最為顯著。納米VC析出相彌散分布於基體內時，變形過程中納米VC析出相的中心強度最大，塑性最小；晶界處塑性最大應力最小。納米VC析出相對基體強化存在臨界值，其臨界尺寸為12nm左右。一定的晶界寬度範圍內，晶界對提高基體的塑性有一定的作用，晶界寬度越大，其形變能力越好，基體塑性越好。